Расходомер ST100 производства фирмы FCI для факельных газов

Минприроды, Ростехнадзор и зарубежные агентства по охране окружающей среды разрабатывают меры по сокращению выбросов в атмосферу парниковых газов - одной из главных причин глобального потепления. Нефтяная, газовая и химическая промышленности в ответ на новые правила и требования вынуждены уделять больше внимания точному измерению факельных газов, которые являются побочным продуктом добычи, переработки, хранения и распределения продукции.

Измерение расхода факельного газа — сложная задача, которая требует высококлассного оборудования для учёта и контроля выбросов в суровых условиях эксплуатации: наличие влаги, взвесей и грязи, коррозийности. Основным инструментом для оповещения об аномально резких изменениях процесса и раннего обнаружения утечек является расходомер. Он предоставляет данные по измерению расхода, которые промышленные предприятия используют в отчетах для природоохранных органов.

Основные сложности измерения потока факельного газа

При выборе технологии измерения и модели расходомера инженеры, технологи и приборостроители сталкиваются с рядом трудностей.

Малые и большие расходы

Чувствительность расходомера к малым расходам требуется для обнаружения утечки клапанов, запорно-регулирующей арматуры и измерения низкого расхода, связанного с ходом технологического процесса. Возможность измерять высокие расходы необходима в условиях аварийного сброса. Эти обстоятельства накладывают требования на процесс измерения расхода в широком динамическом диапазоне.

Особенности калибровки

Для высокой точности измерения расходомер должен быть откалиброван в лаборатории, где были воспроизведены условия технологического процесса (расход, давление, температура) и использована газовая смесь, аналогичная реальной. Даже если это сложная углеводородная взрывоопасная смесь. Результатом отсутствия калибровки будет низкая точность работы прибора в условиях реального применения.

Статья на тему: «Зачем нужна калибровка расходомеров на реальном газе?»

Большие размеры трубопровода

Чем больше размер трубопровода, тем больше конструкция расходомера (применимо к большинству методов измерения). При этом увеличение размера прибора требует увеличения количества материалов для его производства, что логично ведет к удорожанию расходомера.

Отсутствие прямолинейных участков

Для получения максимально достоверных показаний все технологии, основанные на измерении скорости, предъявляют требования к прямолинейности трубопровода выше и ниже по потоку от места установки расходомера. Эти требования часто трудновыполнимы на больших производственных площадках.

Соответствие экологическим нормам

Практически в каждом применении расходомер должен соответствовать требованиям по производительности, быть откалиброванным и поверенным, как это установлено местными и федеральными надзорными органами.

Отсутствие свободного пространства и возможности остановить технологический процесс

Доступ к трубам для установки, технического обслуживания или ремонта часто затруднен. Например, расходомеры с проточной частью (фланцевым монтажом) требуют длительных остановок технологического процесса и значительных трудозатрат. При этом расходомеры с погружным зондом легко устанавливаются и извлекаются без остановки процесса посредством обжимного соединения и запорной арматуры.

Сертификаты

При эксплуатации в среде с потенциально опасными газами (Ex) прибор измерения расхода должен иметь сертификат, подтверждающий соответствие ТРТС 012.

Принципы работы расходомеров для факельных газов

Пример установки расходомера ST100 на линии подачи газа на факел

Существует три технологии, которые чаще всего рассматриваются в задачах измерения расхода факельного газа:

1. Ультразвуковой метод,
2. Оптический метод,
3. термально-массовый метод.

Хотя все технологии обладают преимуществами и недостатками, в ряде задач одни приборы имеют ряд важных достоинств перед другими.

Ультразвуковые расходомеры основаны на эффекте Доплера. Они позволяют измерять объемный расход. В таких расходомерах преобразователь излучает ультразвуковой луч, который улавливается приёмником. Частота передаваемого излучения линейно изменяется с появлением потока частиц. Сдвиг частот между передатчиком и приемником преобразуется в сигнал, пропорциональный скорости потока.

Оптические расходомеры основаны на лазерном излучении, улавливаемом фотодетекторами. Эта технология требует присутствия мельчайших капель или конденсата, смазочных материалов, пыли и других частиц в газовом потоке. Эти частицы рассеивают световой луч, и время, которое требуется им для перехода от одного лазерного луча к другому, можно использовать для расчета скорости газа и объемного расхода.

Термально-массовые расходомеры позволяют проводить измерение массового расхода и идеально подходят для контроля расхода факельного газа. В качестве датчика - два термокармана (RTD) с платиновыми термометрами сопротивления. Один RTD нагревается, другой измеряет температуру процесса. Разница температур между двумя термокарманами пропорциональна массовому расходу за счёт эффекта охлаждения средой, поэтому не требуется дополнительная компенсация по давлению и температуре, а также математические модули для пересчёта.

Погружной сенсор термально-массового расходомера

Термально-массовые расходомеры

Независимо от размера факельной линии и источника установки, термально-массовые расходомеры обеспечивают минимальные затраты на монтаж и обслуживание в течение всего жизненного цикла. Эти приборы предлагают точное, надежное и долговечное решение для учёта как самых малых потоков газа от 0,08 м/с, так и больших расходов со скоростями потока до 305 м/с при аварийном сбросе.

В качестве примера рассмотрим термально-массовый расходомер серии ST100 производства компании FCI. Он состоит из легко устанавливаемого погружного сенсора и электронного блока. ST100 калибруется на реальном газе и с воспроизведением условий эксплуатации. Расходомер обладает широким динамическим диапазоном до 1:1000 и различными цифровыми протоколами передачи данных для простой интеграции с существующими системами. Всё это делает ST100 отличным решением для учёта факельных газов.

Статья на тему: «Уникальная технология Adaptive Sensor Technology (AST) расходомеров FCI серии ST100»

Пример монтажа расходомера в приварную бобышку

Калибровка с двумя поддиапазонами

Многие предприятия нефтегазовой отрасли, нефтеперерабатывающие и химические заводы имеют дело с факельными установками, которые работают в двух режимах:

1. очень низкий расход при нормальных условиях,
2. очень высокий расход в условиях аварийного сброса.

В этом случае для соблюдения экологических норм предприятиям нужно средство измерения, которое обеспечит погрешность во всём диапазоне не более ± 5% от показаний. Функция калибровки с двумя поддиапазонами позволяет применять расходомер в разных режимах и обеспечивает требуемые метрологические характеристики.

Графики зависимости погрешности измерения от скорости потока газа

Расходомеры с двумя сенсорами

Чтобы повысить точность измерения расхода в трубах диаметром более 400 мм, согласно газодинамическим расчетам, необходимо использовать расходомеры с возможностью усреднения по двум сенсорам. Приборы с двумя сенсорами подключаются к системе управления так же, как и односенсорные.

Двухсенсорное (А) и односенсорное исполнение термально массового расходомера (модели ST102 и ST100 соответственно)

Поверка и калибровка

В соответствии с ФЗ-102 «Об обеспечении единства измерений» и экологическими нормами, требующими регулярную поверку и калибровку расходомеров, компания FCI разработала два простых решения:

1. VeriСal – продувная калибровка. Комплект VeriCal Kit приобретают опционально. Он позволяет продуть прибор по месту эксплуатации с помощью переносного баллона с воздухом или азотом.
2. Имитационная поверка. Данный способ позволяет провести поверку без демонтажа прибора и остановки процесса.

Система калибровки по месту VeriCal

Вывод

Важность задач, связанных с экологией, возрастает на глазах. Государство стремится сократить негативное воздействие промышленных предприятий на окружающий нас мир. Это неизбежно ведёт к увеличению количества измерительных систем на производствах, которые осуществляют мониторинг выбросов. Вместе с этим возрастает важность правильного выбора прибора измерения расхода. Важно отметить, что речь идёт о точке коммерческого учёта, и именно по показаниям расходомеров предприятие выплачивает компенсацию за нанесённый природе урон.

Если Вы ищете опробованное решение, которое будет проводить точное измерение, то обратите внимание на термально-массовые расходомеры компании FCI. Прямое измерение массового расхода, простота монтажа и демонтажа без остановки процесса, имитационная поверка также без остановки процесса и снятия прибора с линии, МПИ 5 лет – все эти преимущества позволят сократить время простоя во время плановых и внеплановых ремонтов, затраты на обслуживание, снизить воздействие на окружающую среду и сократить экологические сборы.